游技术的理论基础.ppt

下游技术的理论基础下游技术的理论基础 下下游游技技术术就就是是根根据据生生物物物物质质（如如蛋蛋白白质质、氨氨基基酸酸、抗抗生生素素、脂脂类类、糖糖类类等等)与与其其他他杂杂质质性性质质上上的的差差异异，使使其其在在分分离离操操作作中中具具有有不不同同的的传传质质速速率率或或平平衡衡状状态态，从从而而达达到到分分离纯化的目的。离纯化的目的。下游技术的本质下游技术的本质 物理性质物理性质 化学性质化学性质 生物性质生物性质下游技术的理论基础下游技术的理论基础下游技术中的下游技术中的生物学过程生物学过程下游技术中的下游技术中的化学过程化学过程下游技术中的下游技术中的物理学过程物理学过程下游技术的理论基础下游技术的理论基础下游技术中的物理学过程下游技术中的物理学过程 按物理学过程为基础可将下游技术分为三类：按物理学过程为基础可将下游技术分为三类：平衡分离操作平衡分离操作 拟平衡分离操作拟平衡分离操作 非平衡分离操作非平衡分离操作平衡分离平衡分离:以相平衡作为极限，利用物性差异进行分以相平衡作为极限，利用物性差异进行分离的过程。离的过程。eg.CO、CO2的分离的分离 采用变压吸附技术采用变压吸附技术下游技术中的物理学过程下游技术中的物理学过程下游技术中的物理学过程下游技术中的物理学过程物性物性对象对象分离发生分离发生场所场所分离操作分离操作状态状态蒸气压蒸气压分子分子相间相间蒸发，蒸馏，干燥，蒸发，蒸馏，干燥，升华，真空镀敷升华，真空镀敷气气液液气气固固溶解度溶解度分子分子相间相间气体吸收气体吸收 吸附，吸收吸附，吸收萃取萃取结晶结晶气气液液气气固固液液液液液液固固界面余量界面余量分子分子相间相间吸附，离子交换，浮选吸附，离子交换，浮选异相界面异相界面表表1 平衡分离操作平衡分离操作 平平衡衡分分离离操操作作的的理理论论基基础础是是平平衡衡论论，内容包括：内容包括：相平衡基础相平衡基础F=C-P+2气液平衡气液平衡拉乌尔定律拉乌尔定律下游技术中的物理学过程下游技术中的物理学过程溶解度溶解度亨利定律亨利定律高压气体中的溶解度增大高压气体中的溶解度增大液液平衡液液平衡分配平衡分配平衡吸附平衡吸附平衡Langmuir方程方程 平平衡衡分分离离操操作作实实质质上上是是一一个个非非平平衡衡过过程程趋趋于于达达到到平平衡衡的的操操作作，这这个个过过程程包包含含多种传递现象。多种传递现象。下游技术中的物理学过程下游技术中的物理学过程传递通量传递通量（三传）：（三传）：动量、热量、质量动量、热量、质量固相内分子传递（扩散）：固相内分子传递（扩散）：Fick定律定律多孔体内的扩散：努森扩散、毛细管凝结多孔体内的扩散：努森扩散、毛细管凝结填充床层中的物质扩散填充床层中的物质扩散膜内传质膜内传质下游技术中的物理学过程下游技术中的物理学过程物性物性对象对象外加势能场外加势能场分离场所分离场所分离操作分离操作备注备注密度密度分子分子离心力场离心力场端面端面超速离心分离超速离心分离液相，高分液相，高分子子密度密度粒子粒子离心力场离心力场端面端面离心分离离心分离离心机，旋离心机，旋风（液）分风（液）分离器离器电荷电荷分子分子电场，磁场电场，磁场端面端面电泳电泳液相，离子液相，离子电荷电荷粒子粒子电场，磁场电场，磁场端面端面电破乳电破乳液相，乳胶液相，乳胶表表2 拟平衡分离操作拟平衡分离操作下游技术中的物理学过程下游技术中的物理学过程物性物性对象对象分离原理分离原理推动力推动力分离场所分离场所分离操作分离操作备注备注分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽总压差总压差膜面膜面不原称膜不原称膜反渗透膜反渗透膜液相液相分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽总压差总压差膜面膜面超滤超滤液相，分子液相，分子量分级量分级分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽浓度差浓度差界面界面分子筛分子筛分子筛吸附分子筛吸附剂剂分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽电场电场膜面膜面电透析膜电透析膜液相，离子液相，离子分子大小分子大小分子分子屏蔽屏蔽浓度差浓度差膜面膜面透析膜透析膜液相，离子液相，离子粒子大小粒子大小粒子粒子屏蔽屏蔽浓度差浓度差界面界面过滤过滤液相，气相液相，气相扩散系数扩散系数分子分子速度差速度差总压差总压差细孔空间细孔空间气体扩散分离气体扩散分离气相，多孔气相，多孔质膜质膜渗透系数渗透系数分子分子速度和气速度和气液平衡液平衡总压差总压差膜内膜内透过气化透过气化液相液相气相气相表表3 非平衡分离操作非平衡分离操作下游技术中的化学过程下游技术中的化学过程化学反应化学反应化学性分子识别化学性分子识别下游技术中的化学过程下游技术中的化学过程化学性分子识别：化学性分子识别：1.分子间相互作用分子间相互作用 范德华力、氢键、疏水力等范德华力、氢键、疏水力等2.分子识别分子识别 分子间专一性结合的基础分子间专一性结合的基础下游技术中的化学过程下游技术中的化学过程图图1 环状糊精的构造环状糊精的构造 化学反应：化学反应：eg.柠柠檬檬酸酸工工业业常常用用CaCO3与与柠柠檬檬酸酸作作用用生生成成柠柠檬檬酸酸钙钙沉沉淀淀，从从而而达达到到分分离离的的目目的。的。下游技术中的化学过程下游技术中的化学过程 许许多多分分离离过过程程利利用用了了生生物物亲亲和和力力，如如：酶酶底底物物、抗抗原原抗抗体体、凝凝集集素素结结合合蛋蛋白白等。等。下游技术中的生物学过程下游技术中的生物学过程图图2 存在于酶分子上的各种结合部位存在于酶分子上的各种结合部位 一一个个典典型型的的例例子子就就是是亲亲和和色色谱谱，这这是是一一种种利利用用了了生生物物物物质质间间的的特特异异的的亲亲和和力进行选择性分离的色谱技术。力进行选择性分离的色谱技术。下游技术中的生物学过程下游技术中的生物学过程载体载体BA配体配体接枝手臂接枝手臂图图3 亲和色谱分离原理示意图亲和色谱分离原理示意图说明说明 利利用用目目标标产产物物与与其其他他杂杂质质之之间间的的性性质质差差异异进进行行的的分分离离过过程程，可可以以是是单单一一因因素素单单独独作作用用(如如：超超离离心心、亲亲和和层层析析、萃萃取取)的的结结果果，也也可可以以是是两两种种以以上上因因素素共共同同作作用用(如如：离离子子交换层析交换层析)的结果。的结果。基础理论研究的重要性基础理论研究的重要性 研究非理想溶液中溶质与添加物料之间的研究非理想溶液中溶质与添加物料之间的选择性反应机理，以及系统外物理因子对选选择性反应机理，以及系统外物理因子对选择性的影响效应，从而研制高选择性的分离择性的影响效应，从而研制高选择性的分离剂，改善对溶质的选择性；剂，改善对溶质的选择性；研究界面区的结构、控制界面现象和探求研究界面区的结构、控制界面现象和探求界面现象对传质机理的影响，从而指导改善界面现象对传质机理的影响，从而指导改善具体单元操作及过程速度；具体单元操作及过程速度；下游加工过程数学模型的建立。下游加工过程数学模型的建立。思考思考:1 1、平衡、非平衡、拟平衡过程的区别是、平衡、非平衡、拟平衡过程的区别是什么？什么？2 2、平衡论的主要内容包括哪些？、平衡论的主要内容包括哪些？3 3、什么是生物亲和力？、什么是生物亲和力？